JPH0665199B2

JPH0665199B2 - 高周波誘導プラズマ装置

Info

Publication number: JPH0665199B2
Application number: JP1227085A
Authority: JP
Inventors: 孟茂若林; 光一水野; 豊肥沼; 玲司相澤; 暁櫛山; 悟小林; 日出夫大内; 高伸天野; 久小牧; 祥治平川
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1994-08-22
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPH0389499A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、フロンガス，トリクロロエチレン等の有機化
合物中にフッ素，塩素，臭素を含む有機ハロゲン化合物
を効率良く分解することができるプラズマ反応法による
有機ハロゲン化合物の分解方法に使用して好適な高周波
誘導プラズマ装置に関する。

（従来の技術）フロンガス，トリクロロエチレン等の有機化合物中にフ
ッ素，塩素，臭素を含む有機ハロゲン化合物は、溶剤，
冷媒，消火剤等に幅広くかつ大量に使用されており、産
業における重要性が高い。しかしながら、これらの化合
物は、揮発性が高く、産業で使用されるものの多くが大
気，水，土壌等の環境中へ放出され、その結果、オゾン
層の破壊，発がん性物質の生成，変異原性物質の生成
等、環境に対し、深刻な影響を与えることが指摘されて
いる。

（発明が解決しようとする課題）使用済みの有機ハロゲン化合物を廃棄処理する場合に
は、その反応性が極端に低いため、適切な分解処理方法
がないのが現状である。

分解処理方法として従来より報告されているものは、主
に高温での燃焼技術である。しかしながら、この方法で
は、大量の炭化水素等の燃料と共に有機ハロゲン化合物
を燃焼させるため、エネルギー効率が極端に低く、又、
燃料タンクや燃焼炉が大型のため、装置全体を小形化す
ることができない。更に、燃焼に伴って発生する遊離ハ
ロゲンが高温の炉壁と接触し、特に、有機フッ素化合物
を燃焼させた場合には、炉の腐蝕が甚だしい。

本発明者は、有機ハロゲン化合物を容易に分解できる方
法について鋭意研究した結果、高周波，マイクロ波によ
る誘導加熱方式あるいは直流加熱方式等によって生成さ
れたプラズマを用いた分解方法を見出した。これは、プ
ラズマ状態下では、物質が非常に反応性に富む現象を利
用したもので、有機ハロゲン化合物のような難分解性化
学物質を短時間で分解できることに基づくものである。
すなわち、10000℃以上に達する高温プラスマ中では、
ほとんど全ての分子は解離して原子状態に分解が行われ
るものと思われる。

このようなプラズマを用いた分解方法で考慮すべき点
は、液状の有機ハロゲン化合物をプラズマフレーム中に
効率良く導く点である。すなわち、液状の有機ハロゲン
化合物を直接プラズマフレーム中に導入しても、液状の
有機ハロゲン化合物は、プラズマフレーム中を単に通過
してしまい、分解されるに至らない。また、液体を直接
プラズマフレーム中に導入すると、プラズマの状態が不
安定となり、極端な場合には、プラズマが消滅してしま
う。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的は、フロン，トリクレン等の有機ハロゲン化合物を高
濃度であっても高効率で分解することができるプラズマ
反応法による有機ハロゲン化合物の分解方法を実施する
ために好適な高周波誘導プラズマ装置を実現することに
あり、特に、プラズマ中に液状の有機ハロゲン化合物を
効率良く供給して分解することができる装置を実現する
にある。

（課題を解決するための手段）本発明に基づく高周波誘導プラズマ装置は、円筒状の管
と、ガス供給ノズルと、管の周囲に巻回されたRFコイル
と、ノズルに設けられた孔と、管の中に形成されるプラ
ズマ中に噴出させる液状物質を蒸気化し、キャリアガス
に含ませる手段と、キャリアガスを孔に導くための手段
と、ノズルに設けられた冷却液の通路と、冷却液の通路
に冷却液を供給するための手段と、冷却液の通路に供給
される冷却液を加熱する手段とを備えたことを特徴とし
ている。

（作用）本発明では、プラズマトーチの上部に設けられたノズル
の孔に蒸気化した液状物質を含むキャリアガスを供給す
る。また、プラズマフレームにより加熱されるノズルを
冷却するためにノズルに冷却液を供給するが、ノズルが
冷却液によって冷却され過ぎ、キャリアガスも冷やされ
て、キャリアガスに含まれている蒸気化した液状物質が
水滴に戻ることを防止するため、冷却液を加熱してノズ
ルに供給する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。添附図面は本発明に基づく高周波誘導プラズマ装置
を用いた、フロン等の有機ハロゲン化合物を分解するシ
ステムを示している。誘導プラズマトーチ１は、石英等
の絶縁性物質で形成された円筒状の管2,ガス供給ノズル
３および管２の周囲に巻回されたRFコイル４等によって
構成されている。ガス供給ノズル３には、リング状の溝
５が穿たれており、その溝５の外画にはリング状のプレ
ート６が溶接されている。リング状のプレート６には、
多数の微小孔７が穿たれており、又、溝５は、ノズル３
内部に穿たれた孔８の一端が接続されている。孔８の他
端は、ノズル３の上部において、管９に接続されてい
る。

管９は、途中で分岐しており、一方は第１の容器10内部
に、他方は、第２の容器11内部に導入されている。第１
の容器10内には、分解されるべきフロン113の如き液状
の有機ハロゲン化合物12が入れられている。第１の容器
10内の有機ハロゲン化合物の中には、キャリアガス供給
管13の一端が挿入されている。キャリアガス供給管13の
他端は、フローコントローラ14を介して、アルゴンガス
源15に接続されている。第２の容器11内には、水16が入
れられており、この水16の中には、キャリアガス供給管
17の一端が挿入されている。キャリアガス供給管17の他
端は、フローコントローラ18を介してアルゴンガス源15
に接続されている。

管９の途中には、切換バルブ19が設けられている。切換
バルブ19は、第１の容器10と第２の容器11からのガス
と、アルゴンガス源20からのガスとを切換えてノズル３
に穿たれた孔８に導くようにしている。アルゴンガス源
20からのガス流量は、フローコントローラ21によって制
御される。

プラズマトーチ１を構成する円筒状の管２の下部には開
口22が設けられており、この開口22には排気管23が接続
されている。排気管23は、排気されるガスの中に含まれ
ている粉末物質をトラップするサイクロン24に接続され
ている。サイクロン24を通過した排気ガスは、管25に導
かれるが、管25は、内部にアルカリ性水溶液、例えば、
水酸化カリウム（KOH）26が入れられた容器27内に導入
されている。容器27の上部には、内部気体の排出管28が
設けられており、この排出管28は、内部にアルカリ性固
体、例えば酸化カルシウム（CaO）29が入れられた容器3
0の下部につながれている。容器30の上部には、内部の
酸化カルシウム29の間を通過した気体の排出管31が設け
られている。

前記プラズマトーチ１のノズル３には、プレート６によ
ってカバーされたリング状の溝５が設けられているが、
ノズル３には、更に、リング状の通路32が設けられてい
る。リング状の通路32は、ノズル３の上部で外部に開放
している第１の孔33と、第２の孔34とに接続されてい
る。第１の孔33には管35が接続されているが、管35の他
端は、冷却液槽36に至っている。第２の孔34には管37が
接続されているが、管37の他端は、冷却槽36内の冷却液
38の中に挿入されている。管37の途中には、ポンプ39が
取付けられており、ポンプ39は、冷却槽36内の冷却液38
を吸引し、管37を通って冷却液をノズル３に設けられた
リング状の通路32に導く。冷却槽36内の冷却液38の中に
は、ヒータ40及び温度検出器41が入れられている。ヒー
タ40は、コントローラ42から適宜な電流が供給されてお
り、また、温度検出器41からの温度信号はコントローラ
42に供給されている。

このように構成された装置の動作を説明すれば以下の通
りである。装置の初期状態においては、管９の途中に設
けられた切換バルブ19を操作し、アルゴンガス源20から
のアルゴンガスがノズル３の孔８を介して溝５内に供給
されるようにする。溝５へのアルゴンガスの供給によ
り、アルゴンガスは、プレート６に設けられた多数の微
小孔７から円筒状の管２内部に噴出される。この状態
で、RFコイル４に高周波を供給し図示外の点火機構によ
り、プラズマＰを着火する。

その後、切換バルブ19を切換え、アルゴンガス源20から
のアルゴンガスに代え、第１の容器10と第２の容器11か
らのガスがノズル３の孔８を介して溝５内に供給される
ようにする。第１の容器10においては、内部の有機ハロ
ゲン化合物溶液12中に、アルゴンガス源15に接続されて
いるキャリアガス供給管13が挿入されており、有機ハロ
ゲン化合物12内に開放された管13の端部から、フローコ
ントローラ14によって適宜な流量にされたアルゴンガス
が噴出される。この結果、有機ハロゲン化合物は、アル
ゴンガスのバブリングにより、蒸気となってガスの中に
含まされ、第１の容器10内から管９の中に排出される。
また、第２の容器11においては、内部の水16の中にアル
ゴンガス源15に接続されているキャリアガス供給管17が
挿入されており、水16の中に開放された管17の端部か
ら、フローコントローラ18によって適宜な流量にされた
アルゴンガスが噴出される。この結果、水は、アルゴン
ガスのバブリングにより、蒸気となってガスの中に含ま
され、第１の容器11内から管９の中に排出される。

管９の途中の分岐部Ｊで有機ハロゲン化合物の蒸気を含
んだアルゴンガスと、水蒸気を含んだアルゴンガスは混
合され、混合ガスは、ノズル３の孔８を介して溝５中に
導入される。混合ガスは、溝５から、プレート６に設け
られた多数の微小孔７を通って管２内に噴き出され、プ
ラズマフレームＦ中に導入される。このとき、プラズマ
の温度は一万度〜１万５千度になっており、プラズマフ
レームＦ中に導入された有機ハロゲン化合物及び水は、
高温により高い効率で分解して下記に示す化学反応をす
る。

有機ハロゲン化合物としてトリクロロフルオロメタン
（フロン−11…CCl₃F）をプラズマ中で分解させた場
合、水との間で、次の反応が生じる。

CCl₃F＋2H₂O＝CO₂＋3HCl＋HF 分解された分子を含む排出ガスは、管２の底部の開口22
から排出管23を通って、サイクロン24内に導かれる。こ
のとき、フロン−11に比べて水が少ないと過剰の炭素を
生じるが、このサイクロン24内で、排出ガス中に含まれ
ている炭素等の微粉末はトラップされる。サイクロン24
を通ったガスは、管25から容器27の内部の水酸化カリウ
ム水溶液26中に導入される。この溶液26中に排出ガスを
通すことによって、HCl,HF等の酸を含む排出ガスは中和
される。中和されたガスは、容器27の底部から排出管28
を通って、容器30内部に導入され、容器30内部の酸化カ
ルシウム29によって脱水される。脱水されたガスは、安
定な、環境に影響をほとんど与えない化合物であり、適
宜大気中に放出される。

ここで、ノズル３は、プラズマフレームＦが接近して形
成されるために、プラズマフレームによって高温に加熱
され、溶けてしまうことも考えられる。そのため、この
実施例では、ノズル３内部にリング状の冷却水通路32を
設け、この冷却水通路32に、冷却槽36から水あるいは油
の如き冷却液38を供給するようにしている。冷却槽36内
の冷却液38は、ポンプ39によって吸い上げられ、管37,
第２の孔34を通って冷却液通路32に導かれる。冷却液通
路32を通った冷却液は、第１の孔33および管35を通って
冷却槽36に戻される。

このようにしてノズル３は冷却され、プラズマフレーム
Ｆによってノズル３が溶かされるようなことは防止され
る。しかしながら、有機ハロゲンや水の温度に比べてノ
ズル３が冷却液によって冷却され過ぎると、孔８を通
り、溝５に供給される蒸気化された有機ハロゲン化合物
や水が、水滴の状態に戻されてしまう。水滴の状態とな
った有機ハロゲン化合物や水は、プラズマフレームＦ中
に導入されても、フレーム中に拡散されず、単に通過し
てしまい、有機ハロゲン化合物の分解を効率よく行うこ
とができなくなる。そのため、この実施例では、ポンプ
39によって吸い上げられる冷却液をヒータ40によって加
熱するようにしている。プラズマフレームＦ中に噴出さ
せる物質がフロンの場合、フロンの沸点はそれ程高くな
いので、この冷却液の温度は、40℃〜50℃程度にされて
いる。冷却液の温度は、温度検出器41によって測定され
ており、温度信号はコントローラ42に供給され、コント
ローラ42はヒータ40に供給する電流を制御して、常に冷
却液38の温度を、キャリアガスに含まれる有機ハロゲン
化合物蒸気が水滴に戻されないような温度に維持するよ
うにしている。

以上本発明の実施例を詳説したが、本発明はこの実施例
に限定されない。例えば、トーチのノズルに溝を一つ設
け、この溝にアルゴンガスとバブリングによって有機ハ
ロゲン化合物の蒸気を含んだキャリアガスとを切換えて
供給するようにしたが、ノズルに溝を二つ設け、一方に
はアルゴンガスとバブリングによって有機ハロゲン化合
物の蒸気を含んだキャリアガスとを切換えて供給するよ
うにし、他方には、継続的にアルゴンガスを供給するよ
うに構成しても良い。また、有機ハロゲン化合物の分解
をするために、液状の有機ハロゲン化合物を蒸気化し、
プラズマ中に導入する場合を例に本発明を説明したが、
有機ハロゲン化合物の分解の目的以外に、他の液状物質
を蒸気化してプラズマ中に導入する場合にも本発明を適
用することができる。

更に、有機ハロゲン化合物と水が入れられた容器の内部
の夫々に加熱ヒータと温度計とを設け、常に有機ハロゲ
ン化合物と水とを30℃〜40℃程度の温度に維持すれば、
より蒸発を促進することができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、プラズマトーチ
の上部に設けられたノズルの孔に蒸気化した液状物質を
含むキャリアガスを供給すると共に、ノズルを冷却する
冷却液を加熱してノズル部に供給するように構成したの
で、液状物質を効率良くプラズマフレーム中に拡散させ
ることができ、また、ノズルが冷却液によって冷却され
過ぎ、キャリアガスも冷やされて、キャリアガスに含ま
れている蒸気化した液状物質が水滴に戻ることも防止さ
れる。

【図面の簡単な説明】

添附図面は本発明に基づく高周波誘導プラズマ装置を使
用した有機ハロゲン化合物の分解システムの一実施例を
示す図である。１……トーチ、２……管３……ガス供給ノズル、４……RFコイル５……溝、６……プレート７……微小孔、８……孔 9,13,17,25,28……管 10……第１の容器、11……第２の容器 12……有機ハロゲン化合物 14,18,21……フローコントローラ 15……アルゴンガス源、16……水 19……切換バルブ、20……アルゴンガス源 22……開口、23……排気管 24……サイクロン 26……水酸化カリウム水溶液 27,30……容器、29……酸化カルシウム 31……排出管 32……通路、33,34…… 35,37……管、36……冷却槽 38……冷却液、39……ポンプ 40……ヒータ、41……温度検出器 42……コントローラ

フロントページの続き (72)発明者肥沼豊茨城県つくば市小野川16番３工業技術院公害資源研究所内 (72)発明者相澤玲司茨城県つくば市小野川16番３工業技術院公害資源研究所内 (72)発明者櫛山暁茨城県つくば市小野川16番３工業技術院公害資源研究所内 (72)発明者小林悟茨城県つくば市小野川16番３工業技術院公害資源研究所内 (72)発明者大内日出夫茨城県つくば市小野川16番３工業技術院公害資源研究所内 (72)発明者天野高伸東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号日本電子株式会社内 (72)発明者小牧久東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号日本電子株式会社内 (72)発明者平川祥治東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号日本電子株式会社内審査官矢沢清純

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の管と、ガス供給ノズルと、管の周
囲に巻回されたRFコイルと、ノズルに設けられた孔と、
管の中に形成されるプラズマ中に噴出させる液状物質を
蒸気化し、キャリアガスに含ませる手段と、キャリアガ
スを孔に導くための手段と、ノズルに設けられた冷却液
の通路と、冷却液の通路に冷却液を供給するための手段
と、冷却液の通路に供給される冷却液を加熱する手段と
を備えた高周波誘導プラズマ装置。